中国新型城镇化建设中能源互联网应用研究

在全球化、信息化的今天，中国如何在新型城镇化建设中解决上述影响城市发展的能源问题，如何优化能源结构、提高能源效率、充分利用可再生能源，能源互联网是未来能源生产和利用模式方展方向，是解决未来可再生能源大规模有效利用的重要基础设施。

 

三、 利用能源互联网，提高能源消费结构和效率

 

能源互联网是美国学者杰里米·里夫金在《第三次工业革命：新经济模式如何改变世界》中提出的愿景。他的书中提出了第三次工业革命，十九世纪蒸汽产生动力带动第一次工业革命，内燃机产生电力带动第二次工业革命，到了二十一世纪进入互联网时代，是否利用互联网形成新的一次工业和产业革命？2008年美国国家科学基金（NSF）项目未来可再生电力能源传输与管理系统中明确提出了能源互联网这一学术概念。

 

1. 能源互联网定义界定。能源互联网是一种构建在化石能源和可再生能源发电，通过分布式能源采集和储存等装置，运用先进的电力电子技术、信息技术和智能能源管理技术，将多能源网络和信息互联网结合起来新型电网结构，实现能源和信息双向流动的交换与共享网络。以可再生能源发电为基础，常规化石能源为重要补充对能源互联网络进行构建，通过云计算智能网管理系统实现实时、高速、双向的电力数据读取和可再生能源的接入。该网络具有能源种类多样化、能源来源的区域分布广、多种类能源互联、能源网络共享、系统自愈功能、运行高效、绿色环保等特点。

 

2. 能源互联网核心技术构成。能源互联网由若干个能源局域网相互连接构成。能源局域网由能源路由器、发电设备、储能设备、交直流负载组成，可并网工作，也可脱网独立运行。能源路由器由固态变压器和智能能源控制系统组成；智能能源控制系统根据收集的能源局域网中发电设备，储能设备和负载等信息做出能量控制决策，然后将控制指令发送给固态变压器执行，即智能能源控制系统管理信息流，固态变压器控制能源流。为保证能源互联网的可靠安全工作，能源局域网的上一级干线具有智能故障管理功能，提供能源互联网故障的实时检测，快速隔离等自愈功能。

 

3. 能源互联网面临的技术挑战。发展能源互联网需要技术跟进，现有技术面临更大的挑战。首先，能源互联网系统中的多能源网络架构和云计算信息融合机制。能源路由器是能源互联网实现的核心，但能源的路由比信息要复杂得多，如何对多种能源收集、储存和控制管理；其次，要实现能源互联网控制，电力电子技术是主要手段，根据居民用能的实际需求以指定电压和频率控制电力的传输是技术关键和难点，电力电子变压器比传统变压器效率高，但其容量和安全可靠性等方面是需要解决的关键问题；最后是分散协同式的能源控制管理，传统的能源管理系统和可再生能源管理最终在能源互联网的平台上通过云计算智能网实现统一的多种类能源生产、收集、储存和传输等信息实时采集、处理、分析与决策的产能用能，国家和企业对如何促使电网的智能化和信息化结合，信息能源基础设施的一体化发展，是互联网时代能源基础设施进行变革的新挑战。

 

四、 能源互联网在新型城镇化建设中的实践

 

《国家新型城镇化规划（2014-2020年）》中提出，新型城镇化建设中城镇清洁可再生能源消费比重由2012年的8.7%提高到2020年的13%，能源种类多样化、安全化、高效使用，推进新能源示范城镇建设以及智能微电网示范工程建设，支持分布式能源的接入，提高居民和企业用能的智能管理。

 

1. 平衡能源结构及供应。目前，化石能源，比如天然气，其供应稳定、存储方便，但其使用将会产生碳排放，同时化石能源的存储量在急剧的减少；而可再生能源，具有清洁及低运营成本的优势，但其断续和生产的不确定性又将影响能源供应的可靠性和稳定性，比如光伏到了晚上就不能发电，影响供能可靠性。采用两者优势互补的原则来综合的利用。同时，生产生活过程中会产生的废弃物垃圾、污水、污泥、废热和生物质废料充分的回收利用并转化成能源作为补充，利用循环的理念来减少化石能源的需求。

 

2. 技术实践体系。同时利用传统化石能源和可再生能源，使用集中式能源供应和分布式能源系统两种能源结构。具体做法：多元能源结构，优先使用可再生能源，化石能源为支撑；供应模式：分布式为主，集中式为辅；最后实现能源供需互动，有序配置，节约高效的平衡用能方式。

 

首先，在应用端，每个客户在用能的过程中同时也是产能者，利用节能技术在不断降低能源消耗和提升能源利用效率的基础上，充分回收不同用能单元在用能过程中所产生的余能、废能。其次，采用集中式和分布式能源生产结合的方式，利用以分布式发电机组为核心的分布式能源站，因地制宜利用可再生能源，不足部分再由集中式能源补充，贴近用户，根据用户对能量的品质和数量的不同需求，提供相匹配的能源和能量。在控制层面，以智能能量管理作为核心形成分布式能源控制网络，充分借助人的智慧对能源系统进行整体的优化和控制，进一步提升整体系统的能源效率。最后，以云服务平台为核心的多种能源运营管理系统，将能源的生产商、服务商、运营商、用户有机的结合在一起，通过对多能源的协同调度、监管、交易和智能化服务，形成真正意义上的能源互联网的交换和多方共赢。

 

3. 物理布局在区域内如何实现。从物理布局上来看，在一个小型区域内，以四环节循环生产形成区域分布式能源系统，终端用户尽量利用节能技术，减少能源需求，再利用分布式能源站来匹配他们的冷、热、电、气、生活用水等多能源需求，同时利用不同能源的存储，回收垃圾、余热、废热、废气及终端用户的工业余能，可实现季节、昼夜能源峰谷的调节，来降低能源的投资和运营费用。

 

以一个小型的区域为示例，实践中在主干网上会有多个区域，它们都挂在主干网络之下，由现有的国家电网、中石油、中石化、中海油来负责主干网的运营，通过这多各区域之间进行多能源的互补和匹配供应，来减少能源的主干网络昼夜、季节的峰谷压力，降低能源峰谷之间的差距（夏季供冷所需的电负荷非常大，而燃气在夏天基本只是用来做饭做菜，但冬季则相反，燃气供暖消耗的负荷急速增长，国家电网或者是中石油中石化等作为单一的运营商只能提供单一的电或者是单一的燃气是无法解决多能源季节峰谷调节问题）。